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改性阳极强化微生物燃料电池处理含硫化物废水及运行条件优化研究

发布时间:2018-01-29 17:44

  本文关键词: 微生物燃料电池 改性阳极 活化阳极 硫化物 出处:《中国地质大学(北京)》2017年硕士论文 论文类型:学位论文


【摘要】:石化和采矿行业产生大量的含硫化物废水。硫化物具有很强的毒性。传统处理方法成本较高,微生物燃料电池技术已被证实可高效处理含硫化物废水,但其性能主要受到阳极材料的限制,开发新型阳极,尤为必要。将普通碳毡阳极采用垂向金属氧化物进行改性。与未改性的阳极相比,48 h硫化物去除率得到提高(均高于90%),最大功率密度分别提高了1.53倍和1.36倍。改性阳极提供了更多微生物附着活性位点,增加了生物量密度。高通量16S r RNA基因测序结果分析也表明了微生物丰度和多样性的增加。产电微生物如Bacteroidetes和硫氧化菌如Planctomycetacia在使用改性阳极的微生物燃料电池中均得到富集。研究表明改性材料可提高微生物燃料电池去除硫化物及产电性能。对二氧化钛纳米线碳毡阳极分别使用硝酸、氨气和电化学法进行活化。结果显示微生物燃料电池去除硫化物及产电性能得到进一步提升,其中用硝酸活化后性能提升最显著,48 h内硫化物的去除率达到96.4±1.7%,最大功率密度达到896.8±17.3 m W/m2,该方法已被证实可以提高N/C并降低C-O形成。影响因素结果显示硫化物与COD浓度与污染物去除率呈负相关,而随着外电阻的增加,污染物去除率呈先增加后减小趋势。结果表明电极活化可进一步提升微生物燃料电池性能,影响因素的研究为此系统的优化提供了参考。利用响应曲面法对活化阳极微生物燃料电池进行优化,选取硫化物浓度、COD浓度和外电阻为主要考察因素,设计响应曲面实验。结果显示模型预测良好(R2均大于0.9),在COD浓度为684 mg/L,硫化物浓度为72.5 mg/L,外电阻阻值为100Ω的最优条件下,硫化物去除率可达94.3±2.3%,COD去除率达到82.7±1.8%,最大功率密度达到832±23 m W/m2,库伦效率达到28.7±1.9%,验证实验也证实了此模拟的可靠性。综上,利用垂向金属氧化物对碳毡阳极进行改性,并利用硝酸活化,可提升微生物燃料电池处理含硫化物废水及产电性能,响应曲面研究优化了操作条件。本研究也为微生物燃料电池的性能提升及拓展应用提供了可靠的理论依据。
[Abstract]:Large amounts of sulfide-containing wastewater are produced in petrochemical and mining industries. Sulfides are highly toxic. Traditional treatment methods are costly and microbial fuel cell technology has been proved to be effective in the treatment of sulfide-containing wastewater. But its performance is mainly limited by the anode material, so it is necessary to develop new anode. The ordinary carbon felt anode is modified by vertical metal oxide. Compared with the unmodified anode. The removal rate of sulphide at 48 h was improved (above 90%, the maximum power density increased by 1.53 times and 1.36 times, respectively). The modified anode provided more microbial attachment sites. Increased biomass density. High throughput 16s r. The results of RNA gene sequencing also showed an increase in microbial abundance and diversity. Electrogene-producing microbes such as Bacteroidetes and sulfur oxidizing bacteria such as Planctomycetacia were found in. The results show that the modified materials can improve the sulphide removal and electrical performance of the microbial fuel cells, and use nitric acid on the titanium dioxide nanowire carbon felt anode. The results showed that the removal of sulfides and electrical properties of microbial fuel cells were further improved, among which the performance of activated with nitric acid was the most significant. The removal rate of sulfides in 48 hours was 96.4 卤1.7 and the maximum power density was 896.8 卤17.3 MW / m ~ 2. This method has been proved to increase N / C and reduce C-O formation. The results of influencing factors show that sulfides have negative correlation with COD concentration and pollutant removal rate, but with the increase of external resistance. The results showed that electrode activation could further improve the performance of microbial fuel cells. The study of the influencing factors provides a reference for the optimization of the system. The reactive surface method is used to optimize the activated anode microbial fuel cells. The concentration of sulfide COD and external resistance are selected as the main factors. The experimental results of response surface show that the predicted R2 of the model is greater than 0.90.The results show that the COD concentration is 684 mg / L and the sulfide concentration is 72.5 mg/L. When the external resistance is 100 惟, the removal rate of sulfides can reach 94.3 卤2.3 and 82.7 卤1.8%. The maximum power density is 832 卤23mW / m2, and the Coulomb efficiency is 28.7 卤1.9. the reliability of the simulation is verified by the verification experiment. The modification of carbon felt anode by vertical metal oxide and the activation of nitric acid can improve the performance of microbial fuel cell in treating sulfide-containing wastewater and producing electricity. The research of response surface optimizes the operating conditions and provides a reliable theoretical basis for improving the performance and expanding the application of microbial fuel cells.
【学位授予单位】:中国地质大学(北京)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:X703;TM911.45

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本文编号:1473979


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